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砷化镓微波单片集成电路研究

程知群  
【摘要】: 随着微波通讯技术的迅速发展,人们对通讯设备的要求也越来越高。体积 小,重量轻,可靠性高,稳定性好等优点使得微波单片集成电路在微波通讯领 域逐渐取代了波导系统和混合集成电路。混频器和放大器是微波通讯系统中重 要组成部分,本文重点报导了 GaAs MESFET单片混频器和 AIGanP/GaAs HBT 单片功率放大器的研究工作。具体研究内容摘要如下: 研究了MMIC中电阻、电容和电感无源器件,给出了它们的等效电路模 型和设计方法。 介绍了MMIC中MESFET和HBT的工作原理;推导了MESFET的等效 电路参数提取公式;给出了新型的双栅MESFET PSPICE直流模型和电流表达 式;实际制备了双栅MESFET,测试结果表明建立的模型是正确的。 研究了 GaAS MESFET MMIC制备中的主要工艺,设计了一套 GaAs MMIC 工艺监控版,获得了适合于本工艺线的MMIC稳定可靠的工艺参数,使得GaAS MESFET MMIC芯片的设计有了重要的依据。 设计了两种单栅MESFET单片混频器和一种平衡式双栅MESFET单片混 频器。其中平衡式双栅MESFET单片混频器在国内为首次设计和制备。经过 流片和测试,在S波段,三种混频器都实现了混频功能,各信号端口隔离度 18~20dB,变频增益-5~4dB。芯片面积为 0.75×0.75μm~2。 分析了AlGaInP/GaAS HBT的特点;测试了AlGaInP/GaAs材料的深能级, ALGaInP中有两个分别位于导带下0.42eV和 0.59eV的深能级。 详细研究了AlGaInP/GaAs微波功率HBT的材料结构、图形分布和版图设 计;设计了两套工艺掩模版。 对AlGaInP/GaAS HBT台面工艺中的关键工艺进行了重点研究,尤其是隔 离注入、AlGaInP湿法腐蚀和掩模版的标记套刻技术。 建立了目前国内最先进的微波在线测试系统,主要设备包括美国Cascade Microtech Summlt 12000微波探针台和 HP8722D矢量网络分析仪;测试频率 50MHz~40GHz,温度控制范围- 65℃~400℃。 首次设计并制备了小尺寸多胞合成AlGaInP/GaAs微波功率HBT,它的特 征频率为 f_T=22GHz,最大振荡频率为f_(max)=38GHz。在甲类工作状态下,工作 频率2GHz,工作电压3V时,1dB功率压缩点输出功率P_(out)=25dBm,功率附 加效率η=50%;工作电压10V时,1dB功率压缩点P_(out)=30dBm,η=64%。 初步设计了 AlGaInP/GaAs HBT单片功率放大器和一分二的功率分配/合 成器,并用Tounchstone分别进行了优化和模拟。


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